Стали для измерительных инструментов

Основные требования, которые предъявляют к сталям для измерительных инструментов: высокая твердость, износостойкость и стабильность в размерах на протяжении всего срока эксплуатации.

Особенно трудно обеспечить стабильность размеров, поскольку в стали после закалки и отпуска со временем могут происходить:

- перераспределение напряжений, что может вызвать деформацию;

- уменьшение тетрагональности мартенсита, что приводит к уменьшению объема и размеров;

- превращение остаточного аустенита в мартенсит отпуска, что увеличивает размеры.

Для изготовления измерительных инструментов используют углеродистые (У8 - У12) и низколегированные инструментальные стали (X, ХВГ, ХВС).

Для получения твердости не менее HRC 60…64 высокоуглеродистые стали подвергают закалке в масле и длительному низкотемпературному отпуску.

Для инструментов повышенной точности после закалки проводят обработку холодом при температуре -80^оС для уменьшения количества остаточного аустенита. Отпуск проводят при 120…170^оС. Нагревание до более высокой температуре не допускается с целью сохранения необходимой твердости и износостойкости инструмента.

Для измерительного инструмента большого размера и сложной конфигурации используют нитраллой (38ХМЮА), который улучшают и далее азотируют на высокую твердость.

3.3.5 Твердые сплавы

Твердые сплавы являются инструментальными материалами, которые состоят из карбидов тугоплавких металлов и кобальта в качестве связующего компонента. Эти сплавы изготавливают методами порошковой металлургии. Порошки карбидов вольфрама, титана, тантала, ниобия, ванадия спекают с порошком кобальта при 1400…1550^оС после предыдущего прессования.

Характерной особенностью твердых сплавов является их очень большая твердость (87...92 HRA), которая сохраняется при нагревании до 800...1000^оС. Износостойкость инструментов из твердых сплавов превышает износостойкость инструмента из быстрорежущих сталей в 10...20 раз.

Основными твердыми сплавами являются сплавы групп BK, TK и TTK.

Сплавы группы ВК изготовляют на основе карбида вольфрама, цифра после букв "ВК" указывает на содержание кобальта в процентах. Чем больше содержание кобальта, тем выше прочность, но твердость незначительно снижается. Твердые сплавы этой группы имеют наибольшую прочность, но более низкую твердость, чем сплавы других групп. Они теплостойкие до 800^оС и их применяют для обработки чугунов и сплавов цветных металлов, в которых при механической обработке образуется хрупкая стружка.

Сплавы с малым количеством кобальта имеют повышенную твердость и износостойкость, но пониженную прочность (ВКЗ). Из-за этого их следует использовать для чистового точения. Сплавы с повышенным количеством кобальта используют для чернового точения (ВК6, ВК8). Сплав ВК20 используют для армирования штампов, что резко повышает их износостойкость. После алмазной заточки обеспечивается очень высокая чистота (отсутствие зазубрин, мелких трещин) лезвия инструмента.

Сплавы группы ТК изготовляют на основе карбидов вольфрама и титана. Их маркируют буквами "Т" и "К" и цифрами. Цифра после "Т" указывает на содержание карбидов титана в процентах, а после "К" – кобальта, остальное – карбид вольфрама. Сплавы этой группы имеют более высокую твердость, чем группы ВК. Теплостойкость сплавов группы ТК составляет 900…1000^оС. Их применяют для высокоскоростной обработки сталей.

Сплавы группы ТТК изготовляют на основе карбидов вольфрама, титана и тантала. Их маркируют буквами "Т", "Т", "К" и цифрами. Цифра, которая стоит после букв "ТТ", указывает на суммарное содержание карбидов титана и тантала, а цифра, которая стоит после буквы К – на содержание кобальта. Сплавы этой группы применяют для более тяжелых условий резания (черновое точение стальных слитков, поковок, отливок).

Высокая хрупкость вольфрамовых сплавов, а также дефицитность вольфрама послужили причиной разработки и использования безвольфрамовых твердых сплавов (БВТС). В этих сплавах основой являются карбиды и карбонитриды титана, а в качестве связующего компонента используются никель и молибден. Сплавы маркируются буквами КТН и ТН.

БВТС уступают вольфрамсодержащим сплавам по прочности, так же как теплопроводность и теплостойкость. Пониженная теплопроводность означает, что при одинаковом количестве теплоты, выделяемой при резании, режущая кромка инструмента из БВТС нагревается сильнее. Это обстоятельство вместе с меньшей теплостойкостью определяет более низкую стойкость такого инструмента при высоких скоростях резания.

Широкое применение в качестве инструментального материала получила режущая керамика, теплостойкость которой достигает 1200…1400^оС, а твердость превышает 80 НRC, что позволяет выполнять резание со скоростями до 600 м/мин. В отличие от твердых сплавов керамика не содержит металлической связки, а состоит только из твердых компонентов (оксидов, карбидов, нитридов). Отсутствие пластичной фазы в структуре определяет высокую хрупкость и низкую прочность керамики, что не позволяет использовать её при резании со значительными силовыми нагрузками.

Для изготовления лезвийного инструмента используются искусственные сверхтвердые материалы (СТМ). Применение имеют СТМ на основе нитрида бора: композит-01 (эльбор); композит-02 (белбор); композит-05 (гексанит-Р) и др. Из алмазных поликристаллов изготавливают СТМ марок АСПК (карбонадо) и АСБ (баллас). Из материалов, полученных спеканием зерен алмаза, производят СТМ марок СВБН и СКМ (карбонит). Крепление заготовок СТМ обычно осуществляют запрессовыванием в металлокерамические вставки, которые затем крепятся к корпусу инструмента.

СТМ обладают наиболее высокими твердостью, модулем упругости, теплопроводностью, по сравнению с другими инструментальными материалами, что позволяет обеспечить высокую точность обработки, малую шероховатость поверхности и, тем самым, создавая условия для исключения операции шлифования. Применение инструмента из СТМ позволяет обрабатывать закаленные стали, чугуны, твердые сплавы с твердостью > 60HRC и производить точение деталей с толщиной стенки 0,2 мм.